張偉，董志遠(yuǎn)，全學(xué)軍，白麗麗，金冠君

（1.臺(tái)州市交通工程建設(shè)事務(wù)中心，浙江臺(tái)州 318000；2.浙江交科交通科技有限公司，浙江杭州 311305）

0 引言

瓦斯爆炸是隧道施工過程中經(jīng)常遇到的重大風(fēng)險(xiǎn)源之一，本文從瓦斯隧道動(dòng)態(tài)評(píng)估的角度出發(fā)，選取能夠反映現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的瓦斯爆炸影響因素作為動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)，運(yùn)用層次分析法和指標(biāo)體系法的思路構(gòu)建揭煤隧道瓦斯爆炸安全風(fēng)險(xiǎn)分析和評(píng)估模型。最后，將該模型應(yīng)用于大禮嶺隧道YK33+680揭煤段瓦斯爆炸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，驗(yàn)證模型的合理性與可行性。

1 風(fēng)險(xiǎn)分析指標(biāo)體系

1.1 層次分析法

層次分析法[1]是一種系統(tǒng)分析方法，運(yùn)用系統(tǒng)集成的思維將復(fù)雜的系統(tǒng)問題進(jìn)行分解，對(duì)影響因素進(jìn)行分析并建立層次結(jié)構(gòu)分析模型，將難以準(zhǔn)確量化的問題轉(zhuǎn)化為多層次多目標(biāo)的決策問題。

1.2 指標(biāo)體系法

指標(biāo)體系法[2]也是一種系統(tǒng)分析方法，是將影響評(píng)估結(jié)果的因素進(jìn)行分類，然后提出評(píng)估指標(biāo)，按各個(gè)指標(biāo)對(duì)結(jié)果的影響程度進(jìn)行從高到低排序并計(jì)算相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)，指標(biāo)賦值后乘以權(quán)重系數(shù)進(jìn)行累加求和即可得到最后的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分值。

1.3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系

將層次分析法與指標(biāo)體系法相結(jié)合建立層次清晰的隧道瓦斯爆炸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系，不僅可以將影響隧道瓦斯爆炸的因素進(jìn)行羅列分析，還可以借助專家經(jīng)驗(yàn)判斷各個(gè)因素對(duì)瓦斯爆炸的影響程度和總體評(píng)估結(jié)果。

2 隧道瓦斯爆炸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系

隧道施工期間發(fā)生瓦斯爆炸的原因主要包括：①隧道穿越煤系地層；②參建單位及人員對(duì)瓦斯泄漏和爆炸認(rèn)識(shí)不足；③施工方法不合理；④現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)不暢不能將瓦斯含量降到合理范圍；⑤現(xiàn)場(chǎng)未采取有效的瓦斯監(jiān)測(cè)、評(píng)估、預(yù)警和防控措施等。影響瓦斯爆炸的因素包括被穿越煤層結(jié)構(gòu)情況、瓦斯泄漏情況、現(xiàn)場(chǎng)施工情況和地質(zhì)超前預(yù)報(bào)、鉆探等4個(gè)方面，據(jù)此建立隧道施工瓦斯爆炸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系，如圖1所示。

圖1 隧道瓦斯爆炸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系

3 瓦斯爆炸主要影響因素及評(píng)估指標(biāo)分級(jí)

3.1 煤層結(jié)構(gòu)

（1）煤層厚度

根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范[3]，當(dāng)隧道施工區(qū)段瓦斯絕對(duì)涌出量大于等于0.5m3/min時(shí)，隧道施工工區(qū)就屬于高瓦斯工區(qū)。因此，本次研究以煤層厚度每增加1m為一分級(jí)。

（2）開挖斷面距煤層的距離

龔兵文等人[4]根據(jù)華巖隧道實(shí)際地質(zhì)情況建立模型，分析得到隧道掘進(jìn)至揭露煤層整個(gè)過程中煤層應(yīng)力變化情況如下：在隧道輪廓線距離煤層平距16m處，煤層中監(jiān)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力值開始發(fā)生變化，煤層中瓦斯賦存狀態(tài)也受到隧道掘進(jìn)影響發(fā)生變化。為便于工程應(yīng)用，本文以煤層距隧道開挖輪廓線15m為界限。

3.2 瓦斯泄漏

（1）瓦斯工區(qū)等級(jí)

本文以隧道洞內(nèi)絕對(duì)瓦斯涌出量0.5m3/min作為區(qū)分低瓦斯工區(qū)和高瓦斯工區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)絕對(duì)瓦斯涌出量大于等于0.5m3/min時(shí)為高瓦斯工區(qū)，小于0.5m3/min時(shí)為低瓦斯工區(qū)。

（2）洞內(nèi)瓦斯?jié)舛?/p>

瓦斯工區(qū)鉆爆作業(yè)工作面、起爆器附近20m以內(nèi)風(fēng)流中甲烷濃度必須小于1%，高瓦斯圍巖和煤（巖）與瓦斯突出工區(qū)甲烷濃度必須小于0.5%。本文以隧道洞內(nèi)任意位置處風(fēng)流中實(shí)際檢測(cè)到的瓦斯?jié)舛葹橐罁?jù)，風(fēng)流中瓦斯?jié)舛让吭黾?.5%為一分級(jí)。

3.3 施工因素

（1）洞內(nèi)通風(fēng)

本文以施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際通風(fēng)量和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)通風(fēng)量之間的相互關(guān)系為依據(jù)，隧道實(shí)際通風(fēng)量越接近設(shè)計(jì)通風(fēng)量，瓦斯爆炸的可能性就越低。

（2）瓦斯監(jiān)控體系

監(jiān)控體系及機(jī)電電氣設(shè)備指標(biāo)主要考慮現(xiàn)場(chǎng)瓦斯監(jiān)測(cè)體系與防控體系的建立情況和施工現(xiàn)場(chǎng)機(jī)電電氣設(shè)備是否按有關(guān)法規(guī)和規(guī)范的要求使用防爆設(shè)備。

（3）防爆電氣設(shè)備配備情況

對(duì)于電氣設(shè)備配備情況，主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)所采用的防爆電氣設(shè)備數(shù)量所占規(guī)范規(guī)定數(shù)量的比例作為分級(jí)依據(jù)。

3.4 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和鉆探

隧道施工超前鉆探是當(dāng)前最主要的掌握隧道掌子面前方圍巖情況的一種手段，但是超前鉆探的距離一般較小，不能探測(cè)遠(yuǎn)距離圍巖情況。TSP法超前地質(zhì)預(yù)報(bào)以巖石的波阻抗差異為基礎(chǔ)，能夠?qū)Φ貙訉用?、斷層破碎帶等進(jìn)行較為準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)。因此，本文以TSP法地震波波速下降程度和超前鉆探頻率及信息反饋情況為依據(jù)進(jìn)行分級(jí)。

4 隧道瓦斯爆炸風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)估模型應(yīng)用

4.1 工程概況

浙江臺(tái)州104國(guó)道黃巖頭陀至院橋段公路工程第3標(biāo)段新建大禮嶺隧道右洞開挖至樁號(hào)YK33+680時(shí)，發(fā)現(xiàn)掌子面出現(xiàn)了類似煤層結(jié)構(gòu)，煤層近似水平層節(jié)理，破碎呈規(guī)則的層狀分布，裂縫發(fā)育，隙面見碳質(zhì)物，掌子面拱部及邊墻已出現(xiàn)局部塌方或掉塊。這是浙江省內(nèi)極為少見的穿越煤層的公路隧道，因此非常有必要對(duì)其進(jìn)行安全性評(píng)估與評(píng)價(jià)。

4.2 評(píng)估指標(biāo)權(quán)重分配與賦值

根據(jù)大禮嶺隧道現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，首先借助專家經(jīng)驗(yàn)確定評(píng)估指標(biāo)重要性排序并計(jì)算出權(quán)重系數(shù)，然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的瓦斯?jié)舛取@探結(jié)果和施工方法等進(jìn)行評(píng)估指標(biāo)賦值和計(jì)算總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分值，如表1所示。

表1 隧道瓦斯爆炸評(píng)估指標(biāo)權(quán)重分配表

4.3 評(píng)估結(jié)論及風(fēng)險(xiǎn)控制

評(píng)估指標(biāo)賦值完成乘以對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)后累加求和得出風(fēng)險(xiǎn)分值為41.625，屬于Ⅱ級(jí)，偶然可能發(fā)生瓦斯爆炸。

由于超前鉆探結(jié)果和煤層出露情況，施工單位經(jīng)與指揮部、設(shè)計(jì)和監(jiān)理單位四方代表進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘后共同協(xié)商決定，YK33+680—YK33+670段由原Ⅲ級(jí)圍巖襯砌（SB3）結(jié)構(gòu)調(diào)整為Ⅲ級(jí)圍巖加強(qiáng)襯砌（SB3JQ）結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度為10m。施工過程中，嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺，濕式鉆孔、裝渣，少鉆孔、少裝藥，同時(shí)采用防爆型通風(fēng)機(jī)和電氣設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)同時(shí)配備低濃度和高濃度光干涉式甲烷測(cè)定器，還配備了瓦斯自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警斷電裝置，最終確保該揭煤區(qū)段隧道施工的安全。

5 結(jié)論

（1）將分析評(píng)估模型應(yīng)用于大禮嶺隧道YK33+680揭煤段瓦斯爆炸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，確定了該揭煤段影響瓦斯爆炸的指標(biāo)重要性排序，得出該段瓦斯爆炸可能性等級(jí)為Ⅱ級(jí)偶然可能發(fā)生瓦斯爆炸，評(píng)估結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際基本相符，驗(yàn)證了該模型的合理性與可行性。

（2）分析評(píng)估模型有助于提高參建單位人員對(duì)瓦斯爆炸的認(rèn)識(shí)，評(píng)估過程和評(píng)估結(jié)果為瓦斯隧道施工采取安全控制措施提供了決策依據(jù)，對(duì)保障該揭煤段隧道施工安全起到了積極作用。